TCP协议报头及各个字段的作用

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TCP报头结构概览

各字段详解

1. 源端口与目的端口（各16位）

2. 序列号（32位）

3. 确认号（32位）

4. 数据偏移（4位）

5. 保留字段（4位）

6. 控制标志（8位）

7. 窗口大小（16位）

8. 校验和（16位）

9. 紧急指针（16位）

10. 选项（可变长度）

11. 填充（可变长度）

示例：TCP三次握手

总结

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TCP报头结构概览

TCP报头通常为20字节（不含选项字段），最大可扩展至60字节。其结构如下：

1. 源端口（Source Port） - 16位

2. 目的端口（Destination Port） - 16位

3. 序列号（Sequence Number） - 32位

4. 确认号（Acknowledgment Number） - 32位

5. 数据偏移（Data Offset） - 4位

6. 保留（Reserved） - 4位（原设计保留，部分位被后续RFC扩展使用）

7. 控制标志（Control Flags） - 8位（含6个传统标志位及扩展标志）

8. 窗口大小（Window Size） - 16位

9. 校验和（Checksum） - 16位

10. 紧急指针（Urgent Pointer） - 16位

11. 选项（Options） - 可变长度（可选）

12. 填充（Padding） - 确保报头长度为32位整数倍

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各字段详解

1. 源端口与目的端口（各16位）

• 作用：标识发送端和接收端的应用程序端口号（如HTTP:80、SSH:22），实现多路复用/解复用。

• 示例：客户端源端口为随机端口（如50000），目的端口为80表示访问Web服务。

2. 序列号（32位）

• 作用：标识数据段的第一个字节的序号，确保数据按序重组。在连接建立时，双方随机生成初始序列号（ISN）。

• 示例：若序列号为100，数据长度为100字节，则下一段的序列号为200。

3. 确认号（32位）

• 作用：接收方期望收到的下一个字节的序号，用于确认数据已成功接收。仅在ACK标志置1时有效。

• 示例：若确认号为300，表示已正确接收序号299及之前的数据。

4. 数据偏移（4位）

• 作用：指示TCP报头的长度（以4字节为单位）。取值范围为5（20字节）至15（60字节）。

• 计算：报头长度 = 数据偏移值 × 4。

5. 保留字段（4位）

• 作用：原设计保留为0，后续RFC扩展用于新功能（如显式拥塞通知ECN）。

6. 控制标志（8位）

• 作用：管理连接状态和数据传输行为，包括以下标志位：

  • URG（紧急）：紧急指针有效，指示优先处理数据。

  • ACK（确认）：确认号字段有效。

  • PSH（推送）：要求接收方立即将数据提交给应用层。

  • RST（重置）：强制终止异常连接。

  • SYN（同步）：发起连接，同步序列号。

  • FIN（结束）：正常关闭连接。

  • CWR/ECE（扩展）：用于显式拥塞通知（RFC 3168）。

7. 窗口大小（16位）

• 作用：接收方通告当前可接收的字节数，用于流量控制。可通过窗口缩放选项（RFC 7323）扩展为32位。

8. 校验和（16位）

• 作用：校验TCP报头、数据及伪头部（含IP地址）的完整性，检测传输错误。

9. 紧急指针（16位）

• 作用：当URG=1时，指示紧急数据的结束位置（相对于序列号的偏移量）。

10. 选项（可变长度）

• 作用：扩展TCP功能，常见选项包括：

  • MSS（最大报文段长度）：协商双方能接受的最大数据段大小。

  • 窗口缩放因子：将窗口大小扩展至32位。

  • 时间戳：计算往返时间（RTT）和防止序号回绕（PAWS）。

  • SACK（选择性确认）：高效确认非连续数据块。

11. 填充（可变长度）

• 作用：确保选项字段的总长度是4字节的倍数，补齐报头长度。

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示例：TCP三次握手

1. SYN：客户端发送SYN=1, Seq=X。

2. SYN-ACK：服务端回复SYN=1, ACK=1, Seq=Y, Ack=X+1。

3. ACK：客户端确认ACK=1, Ack=Y+1，连接建立。

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总结

TCP报头通过精细设计的字段协同工作，实现了可靠传输、流量控制、拥塞控制及连接管理。理解各字段的作用是掌握TCP协议运作机制的基础，尤其在网络调试和优化中至关重要。